Глава 20. Гидроксикислоты и оксокислоты

Гидроксикислоты и оксокислоты относятся к гетерофункциональным соединениям (соединениям со смешанными функциями). Их особенностями является наличие в молекуле разных функциональных групп, каждая из которых проявляет свои свойства. Вместе с тем, такие молекулы характеризуются целым рядом специфических свойств.

Гидроксикислоты

Гидроксикислоты – соединения, в молекуле которых содержатся функциональные группы двух типов – гидроксильная и карбоксильная.

Функциональные группы могут быть связаны как с алифатическим углеводородным радикалом, так и с ароматическим (фенолокислоты).

В алифатических гидроксикислотах OH – группа связана с sp³-гибридизированным атомом углерода, т.е. является спиртовым гидроксилом.

В ароматических гидроксикислотах OH – группа связана с углеродом бензольного ядра, поэтому является фенольным гидроксилом.

В соответствии с номенклатурой ИЮПАК названия гидроксикислот производят от названия соответствующей кислоты, добавляя префикс гидрокси- и указывая перед ним положение гидроксигруппы:

Для гидроксикислот алифатического ряда используют и другую номенклатуру, согласно которой положение гидроксигруппы в алифатической цепи обозначают буквами греческого алфавита - a, b, g, d - и т.д. В этом случае отсчет начинается с углеродного атома, непосредственно связанного с карбоксигруппой, после чего следует тривиальное название кислоты:

Различают соответственно a-, b-, g-, d- и т.д. гидроксикислоты. Необходимо учесть, что подобный подход к обозначению положения OH–группы в заместительной номенклатуре ИЮПАК – не употребляется.

Способы получения

a - Гидроксикислоты можно легко получить из a - галогенкарбоновых кислот в щелочной среде:

Важным методом получения a-гидроксикислот является гидролиз a-гидроксинитрилов (циангидринов), которые в свою очередь могут быть получены взаимодействием карбонильных соединений с цианистым водородом:

b-Гидроксикислоты удобнее получать по реакции Реформатского, а именно, взаимодействием сложных эфиров a-галогенкарбоновых кислот с карбонильными соединениями в присутствии цинка:

Присоединение воды к a, b-непредельным карбоновым кислотам приводит к образованию b-гидроксикислот:

Как a, так и b-гидроксикислоты можно получить не только гидролизом соответствующих галогензамещенных кислот, но и восстановлением оксокислот:

g- и d-Гидроксикислоты можно получить из соответствующих лактонов. Например, g-гидроксимасляную кислоту можно получить из лактона g-гидроксимасляной кислоты (g-бутиролактона) путем щелочного гидролиза.

Вначале бутандиол–1,4 или же тетрагидрофураны подвергают каталитическому окислению, что приводит к g-лактону, а затем последний подвергают щелочному гидролизу:

Далее растворы полученных солей подкисляют и получают соответствующие гидроксикислоты.

Фенолкарбоновые кислоты получают разными способами, используя при этом известные реакции введения в ароматическое ядро гидроксильной или карбоксильной групп.

Например, из бензойной кислоты путем сульфирования можно получить мета-сульфобензойную кислоту, которая далее сплавляется со щелочью с образованием соли соответствующей гидроксикислоты:

Широкое промышленное применение находит реакция Кольбе, которая представляет собой прямое карбоксилирование ароматического ядра. Для этого сухой порошок фенолята натрия при температуре 100 – 200^оС и высоком давлении нагревают с оксидом углерода (IV):

В предыдущих главах подробно были рассмотрены химические свойства спиртов, фенолов и карбоновых кислот.

Одновременное присутствие в одной молекуле двух разных функциональных групп очень заметно сказывается на свойствах соответствующих соединений. Так, для гидроксикислот свойства гидроксила и карбоксигруппы четко проявляются в реакциях образования, например, солей, галогенангидридов, простых эфиров (по OH – группе), сложных эфиров по OH – группе и карбоксилу, окисление спиртовой OH – группы.

Таким образом, гидроксикислоты являются гетерофункциональными соединениями.